Микроструктура, электрические и магнитные свойства тонких пленок BiFeO3, легированных Ce

Тонкие пленки Bi1−xCexFeO3 (x = 0, 0.05, 0.1, 0.15 и 0.20) (BCFO) были осаждены на подложки Pt/TiN/Si3N4/Si и стеклянные подложки из фторированного SnO2 (FTO) методом соле-геля. Исследовано влияние допирования Ce на микроструктуру, электрические и магнитные свойства пленок BCFO. По сравнению с пленкой BiFeO3 (BFO) рассчитанные пики Bi 4f7/2, Bi 4f5/2, Fe 2p3/2, Fe 2p1/2 и O 1s для пленки Bi0.8Ce0.2FeO3 смещаются в область более высоких энергий связи на 0.33, 0.29, 0.43, 0.58 и 0.49 эВ соответственно. Рамановские красные смещения на 2–4 см−1 и сокращённые времена жизни фононов для пленки Bi0.8Ce0.2FeO3 могут быть связаны с ангармоническими взаимодействиями между связями Bi–O, Ce–O, (Bi,Ce)–O и Fe–O в искажённом кислородном октаэдре. По сравнению с недопированной пленкой диэлектрические и ферроэлектрические свойства Bi0.8Ce0.2FeO3 улучшены за счёт уменьшения количества кислородных вакансий и стабилизации кислородного октаэдра. Значения плотности тока для конденсаторов на базе BFO и Bi0.8Ce0.2FeO3 составляют 9.89×10−4 и 5.86×10−5 A/cm2 при 10 В соответственно. Зависимости плотности тока от приложенного напряжения указывают, что основным механизмом проводимости для конденсаторов BCFO является шотткиевское испускание, контролируемое интерфейсом. Как кривые гистерезиса намагниченности по полю в плоскости, так и вне плоскости показывают, что магнитная насыщенность пленок BCFO увеличивается с ростом концентрации Ce. Усиление магнитных свойств пленок BCFO может быть обусловлено наличием Fe2+, вызванным кислородными вакансиями, подавлением спиральной спиновой структуры и/или увеличением угла наклона спинов, индуцированным допированием Ce.